DE2412020A1

DE2412020A1 - Positionstableau auf hohem aufloesungsvermoegen

Info

Publication number: DE2412020A1
Application number: DE2412020A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dym
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1973-03-21
Filing date: 1974-03-13
Publication date: 1974-10-03
Also published as: IT1006154B; JPS49123525A; DE2412020C2; US3921165A; GB1420552A; FR2222702A1; JPS5610671B2; FR2222702B1; USB343577I5

Description

Böblinge.n, den 28. Februar 1974 bl-sn/se

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, H.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: YO 971 094

Positionstableau auf hohem Auflösungsvermögen

Die- Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung
eines Positions Stiftes auf einem Positionstableau, wobei jeder Koordinatenrichtung des Positionstableaus ein Spannungsteiler
zugeordnet und mit einer■Klemmenspannung beaufschlagbar ist und ein Potential durch den eine Position markierenden Positionsstift auskoppelbar ist, dessen Größe zur Koordinatenbestimmung der
markierten Position benutzt wird.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Durchführung oben genannten Verfahrens.

Positionstableaus (graphische Datenanzeigetafeln) kann man grob in analoge und digitale Typen unterteilen. Als Beispiel für die analogen Anzeigetafeln sei auf die US Patentschrift Nr. 3 466 646, als Beispiel für digitale Anzeigetafeln sei auf die US Patentschriften Nr. 3 647 963, Nr. 3 632 874 und 3 304 612 verwiesen.

Konventionelle Positionstableaus sind im allgemeinen so aufge-* baut, daß sie einen Spannungsteiler wie z.B. einen linearen
Widerstand für jede Koordinatenrichtung enthalten. Die Spannung an einem Punkt an diesem Element ist Maß für den Koordinatenwert. Die Spannung an einem Punkt auf der Tafel wird mit einem

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Positionsstift (Spannungsfühlerstift) abgefühlt. Dazu werden kapazitive oder induktive Stifte verwendet. Bei herkömmlichen Systemen ist das Auflösungsvermögen einer solchen Tafel durch die Elektronik des Systems begrenzt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in einer Modifi- * kation konventioneller Positionstableaus zur Erhöhung des Auflösungsvermögens. Außerdem soll ohne Herabsetzung des Auflösungsvermögens und der Linearität eine Vergrößerung des Positionstableaus möglich sein.

Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in vorteilhafter Weise dadurch gelöst, daß der Spannungsteiler in einzelne benachbarte Sektionen aufgeteilt wird, daß nur die Sektion der Stiftposition mit der Klemmenspannung beaufschlagt wird,

daß die Koordinate der markierten Position aus der Sektionsnuirmer und der Lage des Stiftes innerhalb der Sektion bestimmt wird, wobei sich letztere in an sich bekannter Weise dadurch bestimmen läßt,

daß während einer Prüfperiode ein der Stiftposition entsprechendes Potential mittels des Positionsstiftes ausgekoppelt und einerIntegratorschaltung zugeführt wird und innerhalb einer nachfolgenden Referenzperiode die Integratorschaltung in einer Zeit to, welche dem Positionskoordinatenwert entspricht* entladen wird, und daß

mit Beginn des Entladevorganges ein taktgesteuerter Zähler anläuft, dessen Zählerstand beim Nulldurchgang des Entladesignales mittels eines Nulldetektors in ein Register ausgeblendet wird.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens liegen erfindungsgemäß darin,

daß die benachbarten Sektionen des Spannungsteilers zur Vermeidung von Nichtlinearitäten einander überlappen; daß innerhalb der Klemmenanschlüsse At₀ und A_. einer Sektion nur der Bereich für eine Positionsbestimmung genutzt wird, in

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welchem eine lineare Abhängigkeit des auskoppelbaren Positionsstiftpotentiales als Funktion des Ortes besteht; daß sich die Klemmenanschlüsse A... und B_-. zweier benachbarter

Hl LU

Sektionen um einen Betrag überlappen, der dem doppelten nichtlinearen Bereich am Ende bzw. Anfang einer Sektion entspricht; . daß zur Ermittlung des Koord'inatenwertes der markierten Position innerhalb einer Sektion der Zähler nur im linearen Teil der Sektion von O bis zu einem maximalen Höchstwert, je nach Höhe der ausgekoppelten Signalamplitude, zählt; daß der auf die Maximalzeit T begrenzte Zählvorgang erst nach einer Zeit δ nach der Prüfperiode begonnen wird, wobei die Zeit δ dem nichtlinearen Teil am Anfang bzw. Ende einer Sektion entspricht;

und daß die Zeit δ durch Wahl eines am Eingang des Integrators liegenden Widerstandes festgelegt wird, welcher entweder mit dem Referenzpotential oder im Falle der Prüfperiode mit Masse verbunden wird.

Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in vorteilhafterweise erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zur Zyklussteuerung der Prüf- und Referenzperiode ein taktgesteuerter Zähler mit N+l Stufen vorgesehen ist, daß die Prüfzeit T durch die volle Zahl in den N Zählerstufen darstellbar ist,

daß die N Stufen rückstellbar sind,

daß die ersten η Stufen des Zählers mit einem Decoder verbunden sind, der bei einem' bestimmten, der Zeit δ entsprechendem Zählerstand ein Signal abgibt,

daß die N+l-te Zählerstufe beim Überlauf des Zählers nach der Prüfperiode und der Decoder bei Erreichen der der Zeit δ entsprechenden Zahl ein Signal abgibt, durch das über ein UND-Glied ein Signal erzeugbar ist, welches mit Beginn der Referenzperiode nach der Zeit δ die ersten η Stufen des Zählers zurückstellt, und daß dann der Sählvorgang zur Ermittlung der der Entladungszeit t_o entsprechenden Zahl einleitbar ist.

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Die Sektionsumschaltung wird erfindungsgemäß in vorteilhafterweise dadurch erreicht,

daß vom Zähler für die Positionskennzeichnung von einem wählbaren niederen bzw. höheren Zählerstand ein Signal ableitbar ist zur Beaufschlagung eines SektionsnummernZählers zur Umschaltung in eine nächstniedere bzw. nächsthöhere Sektionsnummer, daß dieser Sektionsnummernzähler mit einem die Sektionsschalter für die Sektionswahl am Spannungsteiler einstellenden Decodierer verbunden ist,

und daß beim Umschalten des Sektionsnummernzählers dessen Inhalt in den Zähler für die Positionskennzeichnung in bestimmte Stufen derart übertragbar ist,

so daß durch den Zählerstand des Zählers für die Positionskennzeichnung die absolute Position des markierenden PositionsStiftes darstellbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird anschließend näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. la ein konventionelles eindimensionales analoges

Positionstableau,

Fig. Ib ein Spannungsteilerelement, wie es erfindungsgemäß und auch gemäß Fig. la verwendbar ist,

Fig. 2 das in Fig. la dargestellte Positionstableau, modifiziert zur Erzeugung eines digitalen Ausgangssignales ,

Fig. 3 die Steuerschaltung eines konventionellen

Positionstableaus zur Erzeugung einer digitalen Ausgabe unter Verwendung eines Doppelrampen-Analog/Digitalkonverters ,

Fig. 4 Impulszüge an verschiedenen ausgewählten Punkten

der in Fig. 3 gezeigten Schaltung,

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Fig. 5 ein konventionelles Spannungsteilerelement zur

Verwendung in dem erfindungsgemäßen Positionstableau,

Fig. 6 eine Darstellung des Ausgangssignales des Spannungsteilers als Funktion des Ortes,

Fig. 7 ein Diagramm zur Darstellung der konventionellen

und erfindungsgemäßen Arbeitsweise des Doppelrampen-Analog/Digitalkonverters ,

Fig. 8 die erfindungsgemäß modifizierte Steuerschaltung

gemäß Fig. 3,

Fig. 9 Einzelheiten der erfindungsgemäßen Zyklus-Steuer

schaltung,

Fign. 10a Impulszüge-an ausgewählten Punkten der in Fig. 9 bis 10h gezeigten Schaltung,

Fig. 11 eine Schaltung für die Sektionssteuerung der in

Fig. 8 gezeigten Steuerschaltung,

Fig. 12 ein Beispiel für die Anordnung eines drei Sektionen umfassenden Positionstableaus,

Fig. 13 eine Kurve für das digitale Ausgangesignal der

in Fig. 12 gezeigten Anordnung als Funktion des Ortes,

Fign. 14a eine Tabelle zur Arbeitsweise des erfindungsge- und 14b mäßen Positionstableaus im Suchbetrieb,

Fig. 15 Einzelheiten des Decodierers, und Fig. 16 Einzelheiten der Sektionsumschalter.

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In graphischen Analogdatentableaus werden Positionspunkte in einer Koordinatenrichtung im allgemeinen durch einen analogen elektrischen Wert dargestellt, der der Position eines Positionsabfühlstiftes auf der Tafel proportional ist. Fig. la zeigt ein konventionelles eindimensionales analoges Positionstableau, das aus einer Platte 2 aus Isoliermaterial und einem darüber liegenden Spannungsteilerelement 4 besteht, welches ein Linearwiderständ sein kann, der mit einerr. Treibersignal von einer Signalquelle S gespeist wird. Der Positionsabfühlstift 3 ist mit einer Abfühlschaltung 6 gekoppelt. Wenn dieser Stift 3 die Platte 2 berührt, wird ein der Position in der X-Richtung der Tafel proportionales Potential abgefühlt und der Abfühlschaltung 6 zugeführt.

In einer X-Y-Koordinatendatentafel wird ein zweites Spannungstei·- lerelement (nicht dargestellt) orthogonal zum Element 4 angeordnet.

Ein Beispiel für ein solches Spannungsteilerelement ist in Fig. Ib gezeigt und im einzelnen in einer Patentschrift des gleichen Anmelders beschrieben.

Fig. 2 zeigt die Datentafel der Fig. la in einer Modifikation für digitale Ausgangsdaten. Die Darstellung in Fig. 2 unterscheidet sich von der in Fig. la durch den zusätzlichen Schalter 23 und eine modifizierte Abfühlschaltung 12, die einen Doppelschleifen-Analog/Digitalkonverter enthält. Ein Positionsmeßzyklus besteht aus einer Prüfperiode und einer Bezugs(Referenz)periode. Während der Bezugsperiode befindet sich der Schalter 23 in der gezeigten Stellung und wird während der Prüfperiode in die entgegengesetzte Stellung umgeschaltet. Einzelheiten der Arbeitsweise einer solchen Digitaldaten-Anzeigetafel sind in einer Patentanmeldung des gleichen Anmelders beschrieben. Die Fig. 3 der vorliegenden Beschreibung entspricht der Fig. 1 der erwähnten Anmeldung und zeigt die Steuerschaltung 12 der Fig. 2.

Mit den Schaltern 23, 25 und 27 wird die Tafel aus der Prüfperiode in die Referenzperiode umgeschaltet. Der Kondensator 29

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stellt die Kopplungskapazitanz zwischen dem Fühlstift 3 und der Abfühlflache 2 dar, die zwischen dem Abfühlstift und dem Spannungsteilerelement 10 liegt und in Fig. 3 durch den Widerstand 20 dargestellt ist. Der Stift 3 ist in Fig. 3 durch den Schleifer des Regelwiderstandes 20 dargestellt. Das vom Schleifer 24 abgenommene Potential wird an den Eingang des Verstärkerdetektors 31 angelegt, um einen Ausgangsimpuls der in Fig. 4d gezeigten Form zu erzeugen. Während der Prüfperiode, die eine feste Periode T umfaßt, befindet sich der Schalter 25 in der gezeigten Stellung und somit wird das Detektorausgangssignal, welches die Integratorzeitkonstante bestimmt, über den Widerstand 24 an den Integrator 33 angelegt. Der Ausgang des Detektors 31 lädt den Integrator 33 auf einen Wert auf, der durch die Integratorzeitkonstante und den Wert des Detektorausgangssignales V gemäß Darstellung in Fig. 4e bestimmt wird.

Während der Referenzperiode werden die Schalter 23, 25 und 27 auf ihre entsprechenden Referenzstellungen umgeschaltet, wodurch die Detektorausgangsspannung V_ an den Integrator 33 über den Inverter 39 und den Widerstand 26 gelegt wird, wodurch sich der Integrator entlädt. Die zur Entladung des Integrators benötigte Zeit t_Q ist proportional der relativen Stiftposition in der betrachteten Koordinatenrichtung. Im betrachteten Beispiel ist die Koordinatenrichtung als X-Richtung angegeben.

Die Referenzspannung V₂ (t), die durch das Schalterstellungs-Steuerflipflop 19 erzeugt wird, wird durch den Impuls in Fig. 4b dargestellt, während das Treiberpotential V₁ Sin ω t für den Widerstand 20 in Fig. 4a gezeigt ist. Das Eingangssignal V. für den Detektor 31 während der Referenz- und der Prüfperiode ist in Fig. 4c gezeigt.

Die Steuerschaltung der Fig. 3 arbeitet während der Prüfperiode T vom Zeitpunkt T₂ bis T. so, daß die Referenzseite des Flipflops 19 auf logisch Null steht, d.h. V₂(t) ist niedrig, während die Prüfseite des Flipflops 19 auf logisch Eins steht. Dadurch befinden sich die Schalter 25 und 27 in den gezeigten Stellungen. YO 971 094 4 09 840/074 5

-S-

Die durch den Schleifer 24 abgefühlte Spannung V. ist somit eine Funktion der Schleiferposition/ bestimmt durch das Ver-

^Rl
hältnis =— und die Kopplungskapazitanz. Die Prüfperiode

JL ^{+ K}2

wird durch den Zähler 13 gesteuert und entspricht der Zeit, die der Taktgeber 11 braucht, um den Zähler 13 nach dessen Rückstellung auf eine volle Zahl zu bringen. Wenn der Zähler 13 voll ist, wird er zurückgestellt durch ein Rückstellsignal, welches gleichzeitig das Flipflop 19 umschaltet und dadurch die Steuerschaltung in die Referenzperiode setzt.

Da der Schalter 23 eine vernachlässigbar kleine Impedanz bildet, entspricht während der Referenzperiode das Signal V. dem Treibersignal V Sin cat. Das ist in den Fign. 4a und 4c gezeigt. Wenn der Integrationsimpuls den Wert O erreicht, geht das Ausgangssignal des Null-Übergangsdetektors 35 auf logisch Eins und lädt dadurch die Zahl im Zähler 13 in das Register 21. Die Zahl im Zähler 13 entspricht jetzt der Zeit t , wobei das Verhältnis

¹O ^Rl χ

—=— proportional dem Verhältnis =— bzw. =- ist.

J. ti, + ti— Jj

In dem bisher beschriebenen Positionstableau ist das Auflösungsvermögen des Gerätes begrenzt durch die Systemelektronik, d.h. der kleinste meßbare Positionsschritt im System wird bestimmt durch den kleinsten abfühlbaren Wert von V. .Je kleiner das Signal V. wird, desto größer ist die Gefahr, daß es durch Systemstörungen überdeckt wird.

Das Auflösungsvermögen des bisher beschriebenen Positionstableaus wird verbessert, indem man die Spannungsteilerelemente, die in Fig. 3 als Widerstand 20 dargestellt sind, in Sektionen einteilt, und das Treibersignal V. Sin tut an eine ausgewählte Sektion und nicht wie bisher an den ganzen Widerstand 20 anlegt.

Zur Erklärung sei angenommen, daß der kleinste meßbare Spannungsabfall über dem Widerstand 20 ein Volt beträgt und ein Treibersignal von 10 Volt an eine Länge von 10 Zoll des Wider-

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Standes angelegt wird. Der Widerstand kann also in Schritten von einem Zoll "aufgelöst" werden. Wenn das 10 Volt große Treibersignal jedoch an eine Widerstandslänge von nur 5 Soll angelegt wird, kann der Widerstand in Schritten von 1/2 Zoll "aufgelöst" werden, da jeder Spannungsabfall von einem Volt jetzt der Hälfte eines Zolles entspricht. Betrachtet man wieder die Widerstandslänge von 10 Zoll, so kann der Widerstand in Schritten von 1/2 Zoll und nicht von 1 Zoll aufgelöst werden, wenn die 10 Volt große Treiberspannung zuerst über einer Länge von 5 Zoll und dann über die verbleibende Länge von 5 Zoll des Widerstandes angelegt wird.

Fig. 5 zeigt ein konventionelles resistives Spannungsteilerelement zur Verwendung in Positionstableaus (graphischen Datentafeln) , wie sie in Fig. Ib gezeigt sind. Es ist nach dem Erfindungsgedanken in zwei Sektionselemente unterteilt. In konventionellen Tableaus wird das Treibersignal V Sin ujt an die Anzapfungen A₁^₀ und B_Hi angelegt, die Anzapfungen B_LQ und A^ erscheinen nicht in dem konventionellen Element.

Nach dem Erfindungsgedanken ist das Spannungsteilerelement 10 mit einer Reihe von Anzapfungen versehen, die in der spezifischen Darstellung das Element 10 in zwei Abschnitte unterteilen. Ein erster Abschnitt ist durch die Anzapfungen A_ und A-. und der zweite Abschnitt durch die Anzapfungen B_ und B„. bestimmt. Die beiden Abschnitte überlappen einander, um Nichtlinearitäten an den Abschnittsgrenzen auszuschalten.

In Fig. 6 ist die Größe der Spannung V. als Funktion des Ortes aufgezeichnet, wenn ein Treibersignal z.B. an den Abschnitt A des Elementes 10 angelegt wird. An den unteren und oberen Enden des Abschnittes bestehen offensichtlich Nichtlinearitäten. Eine Nichtlinearität existiert insbesondere zwischen der Anzapfung A_Lo und einem Punkt A_Q· während eine zweite Nichtlinearität zwischen dem Punkt A^. und einem anderen Punkt A₅₁₃' liegt. Genaue Positionsmessungen können also nur im linearen Bereich zwischen den Punkten A · und Ap-¹ erfolgen. Das heißt, für einen Ab-

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- IO -

schnitt müssen die Werte im Nullbereich und im vollen Ausschlagsbereich der Skala der Tafel in dem linearen Bereich liegen. Dadurch muß der Analogdigitalkonverter so modifiziert werden, daß er nach der Kurve in Fig. 7 arbeitet.

Fig. 7 zeigt in Kurven die Arbeitsweise des Doppelraten-Ana log/ Digitalkonverters, einmal nach der zuvor erwähnten Patentanmeldung und zum anderen die Arbeitsweise des erfindungsgemäß modifizierten Konverters. Die gestrichelten Linien 100 der Fig. 7 zeigen die Ausgabe des Integrators 33 vor seiner Modifikation, wenn das Treibersignal über einem Abschnitt z.B. dem Abschnitt A angelegt wird und der Positionsfühlerstift am oberen Ende der Tafel A«. im nichtlinearen Bereich steht. Die modifizierten Amplitudenpunkte A₀ ¹ und Ap₅* für den Nullbereich und den vollen Aus Schlags bereich der Skala für den Abschnitt A und B ' und B„ '

U £ O

für den Abschnitt B, die den linearen Bereich der Abschnitte definieren, werden durch Versuche in ihrer physikalischen Lage auf dem Tableau bestimmt.

Das Gerät muß so arbeiten, daß bei Stellung des Stiftes am Punkt A_Q ^f und Erregung des Abschnittes A das Tableau eine Nullanzeige und bei Stellung des Stiftes in der Position Ap₃' einen vollen Skalenanzeigewert T während der Referenzperiode liefert. Wenn der Analogdigitalkonverter, nicht modifiziert wird, wird der volle Skalenwert T nur geliefert, wenn der Prüfstift am Punkt A₀^ ist und das Potential über den Anschlüssen A-. und A^. angelegt ist. um den Konverter zu modifizieren, muß die Integrator-Zeitkonstante während der Referenzperiode so weit erhöht werden, bis die Null-Obergangspunkte zu den Zeiten T + δ und 2T + θ auftreten, wenn der Stift an den Punkten A₀' bzw. Ap₃' steht, wodurch die Zeitdifferenz zwischen den NuIlübergangen, wenn der Stift entsprechend an den Punkten A₀ ¹ und A^₁₅' steht gleich T entsprechend einer vollen Skalenanzeige ist. Die Zeitkonstante des Integrators während der Referenzperiode kann einfach dadurch verändert werden, daß man den Wert des Widerstandes 26 verändert. Der tatsächliche Zeitwert von S spielt keine Rolle, wenn er aber einmal festgelegt

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ist, wird die Steuerschaltung so modifiziert, daß der digitale Ausgangszähler 13 oder sein Äqivalent gemäß späterer Beschreibung mit Hull zu zählen beginnt zur Zeit T + δ. Ohne Modifikation der Integratorzeitkonstante ist die Zeitdifferenz zwischen den Nullübergängen, wenn der Stift am neuen Ursprung A ' und am neuen vollen Skalenwert A₅₁ ' steht, kleiner als die Periode T.

Fig. 8 zeigt die konventionelle Steuerschaltung der Fig. 3 nach dem Erfindungsgedanken modifiziert. Gleiche Elemente sind in den Fign. mit denselben Zahlen bezeichnet. Fig. 8 unterscheidet sich" von Fig. 3 dadurch, daß die Zählerschaltung 13 ersetzt wurde durch die Steuerschaltung 100, die in den Fign. 9 und 11 im einzelnen gezeigt ist, während der Widerstand 20 mit mehreren Anzapfungen versehen ist, die wahlweise an die Leitungen 50 und durch die Sektionsschalter 500 angeschlossen werden können, die im einzelnen in Fig. 16 gezeigt sind. Anschließend wird die Arbeitsweise der in Fig. 9 und 11 gezeigten Schaltungen beschrieben.

Wie bereits gesagt wurde, kann das Positionstableau in den beiden Betriebsarten Suchbetrieb und Sektionsbetrieb betrieben werden. Einzelheiten der Betriebsartenumschaltung werden im Zusammenhang mit Fig. 11 beschrieben. Hier genügt die Feststellung, daß die Betriebsartenumschaltung automatisch erfolgt und durch die Höhe des Stiftes 3 von der Oberfläche 2 bestimmt wird. Mit einer Schwellenwertschaltung wird eine logische 1 geliefert, wenn der Stift niedrig liegt und eine logische 0, wenn der Stift hoch ist.

Um die Dauer der Prüf- und Referenzperioden zu steuern, ist die Zyklussteuerschaltung der Fig. 9 vorgesehen. Diese Schaltung arbeitet kontinuierlich und unabhängig von der Stiftposition. Die Arbeitsweise der in Fig. 9 gezeigten Schaltung wird im Zusammenhang mit den Impulszügen der Fig. 10 beschrieben. Die Fig. 10a zeigt das Signal des Integrators 33 während der Prüf- und Referenzperioden. Der Zähler 300 wird durch ein Taktsignal auf der Leitung 3Ο4 vom Taktgeber 11 kontinuierlich vorgeschaltet. Eine

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Prüfzeit T ist definiert durch eine volle Zahl in den ersten zehn Stufen des Zählers 300. Die Funktion der elften Stufe wird später genauer beschrieben. Die Rückstelleitung 306 ist nur an die ersten zehn Stufen des Zählers 300 angeschlossen und somit werden nur diese Stufen durch Signale auf der Rückstelleitung zurückgestellt. Der Decodierer'302 erkennt eine den Zeitpunkt δ entsprechende Zahl, deren Ableitung vorher beschrieben wurde. Im betrachteten Beispiel wird angenommen, daß δ einer Zahl 32 entspricht, was jedoch keinerlei Einschränkung darstellt. Je 32 Taktimpulse erzeugen also eine logische 1 am Ausgang des Decodierers 302 gemäß Darstellung in Fig. 1Od.

Der Zähler 300 muß eine Prüf- und eine Referenzperiode erzeugen, ungeachtet dessen, ob die Steuerschaltung im Suchbetrieb oder im Sektionsbetrieb läuft. Am Anfang eines Meßzyklus, der aus einer Prüfperiode und einer anschließenden Referenzperiode besteht, beginnt der Zähler 300 vorzuschalten und nach je 32 Taktimpulsen wird eine logische 1 am Ausgang des Decodierers 302 abgegeben. Da die Leitung 306, die mit der Stufe 11 verbunden ist, zu diesem Zeitpunkt auf logisch 0 steht, bleibt die Ausgabe des UND-Gliedes 308 auf logisch 0. Der Zähler 300 zählt also weiter bis seine Stufen 6-10 eine volle Zahl erreichen. Zu diesem Zeitpunkt kehren die Stufen auf Null zurück, während die Stufe 11 auf eine logische 1 geht und damit anzeigt, daß die Prüfperiode T abgelaufen ist und die Referenzperiode anfangen sollte. Dieser Vorgang ist in Fig. 10c gezeigt. Der Anfang einer Referenzperiode ist gekennzeichnet durch eine logische 1 auf der Leitung 306, die die UND-Glieder 310 und 308 einschaltet. Die ersten zehn Stufen des Zählers 300 fangen wieder an vorzuschalten, dieses Mal wird jedoch die beim ersten Erreichen der Zahl 32 erzeugte logische 1 am Ausgang des Decodierers 302 durch das UND-Glied 308 weitergeleitet und schaltet das Schaltglied 314 ein, wodurch die δ-Verriegelung 318 verriegelt wird. Dieser Vorgang ist in Fig. 1Oe gezeigt. Wenn die Verriegelung 318 verriegelt ist, wird das Schaltglied 314 durch das Arbeiten des Inverters 316 abgeschaltet. Zwischen dem Einschalten des UND-Gliedes

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314 und dem Verriegeln der Verriegelung 318 liegt jedoch eine kurze Verzögerung, so daß die Ausgabe des Schaltgliedes 314 momentan eine logische 1 einnimmt, gemäß Darstellung in Fig. 1Of, bevor sie durch den Inverter 316 nach Verriegeln der Verriegelung 318 abgeschaltet wird. Dieser logische Einerpuls vom UND-Glied 314 wird der Rückstelleitung 315 zugeführt und dadurch werden die ersten zehn Stufen des Zählers 300 auf Null zurückgestellt, während gleichzeitig der Rucksteilimpuls durch das UND-Glied 310, welches durch die logische 1 eingeschaltet ist, in die elfte Stufe des Zählers 300 geleitet wird. Die logische 1 am Ausgang des UND-Gliedes 310 verriegelt die Verriegelung 312 und startet die Taktverriegelung, die die Schaltung der Fig. 11 aktiviert. Da der Zähler 300 während der Referenzperiode zur Zeit δ zurückgestellt wird, erfolgen alle Ablesungen zwischen dem modifizierten Nullpunkt und dem modifizierten höchsten Skalenpunkt.

Die Stellungen der Schalter 23, 25 und 27 der Fig. 8 werden durch die Prüfverriegelung 316 gesteuert. Am Anfang einer Prüfperiode ist die Verriegelung 316 verriegelt. Wenn die Zyklussteuerschaltung eine Referenzperiodenanzeige durch eine logische 1 in der Stufe 11 des Zählers 300 erzeugt, wird die Verriegelung 316 zurückgestellt und die Leitung 32Ο führt einen logisch niedrigen Signalpegel, wodurch die Schalter 23, 25 und 27 in Referenzposition umgeschaltet werden. Zu diesem Zeitpunkt beginnt der Integrator sich zu entladen und entwickelt einen Zeitwert, der der Position des Schleifers 24 proportional ist. Der Zähler 300 zählt weiter und wenn ein NuIlübergang durch den Nullübergangsdetektor 35 erkannt wird, wird die Verriegelung 312 zurückgestellt, um den Taktgeber abzuschalten, wodurch gemäß Beschreibung der Fig. 11 ein Meßzähler 203 nicht mehr weiter vorgeschaltet und eine dem Zeitpunkt t_Q entsprechende Zahl ausgelesen wird.

Auch wenn der Taktgeber abgeschaltet ist, zählt der Zähler 300 " bis zur vollen Zahl weiter, wodurch die Stufe 11 auf logisch O zurückkehrt. An diesem Punkt läuft der Zähler rund und beginnt wieder vorzuschalten in einer überlaufperiode. Diese überlaufzeit

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ist wählbar und der Wählprozeß wird anschließend beschrieben. Im betrachteten spezifischen Beispiel tritt das Ende der Überlaufperiode auf, wenn ein logisch hohes Signal auf der mit der siebten Stufe des Zählers 300 verbundenen Leitung 322 erscheint. Die Leitung 322 kann natürlich auch an andere Stufen des Zählers 3OO abhängig von der jeweils gewünschten Überlaufperiode angeschlossen sein. Da zu diesem Zeitpunkt die Stufe 11 des Zählers 300 auf logisch O steht, ist die Leitung 327 auf logisch 1 durch das Arbeiten des Inverters 324 und somit wird das UND-Glied 326 teilweise eingeschaltet. Die Verriegelung 318 bleibt verriegelt und somit auch die Leitung 328 auf logisch 1. Wenn also die Leitung 322 zum ersten Mal den Zustand einer logischen 1 einnimmt, nachdem die elfte Stufe des Zählers 300 von logisch 1 auf logisch 0 umgeschaltet wurde, dann läuft die Ausgabe des UND-Gliedes 326 auf logisch 1 und erzeugt einen Rückstellimpuls, der den Zähler 3OO zurückstellt, während er durch das UND-Glied 332, eingeschaltet durch die logische 1 auf der Leitung 327, läuft und die Probeverriegelung 316 verriegelt, wodurch die Leitung 320 wieder auf logisch 1 geht. Wenn die Leitung 320 auf. logisch 1 steht, werden die Schalter 23, 25 und 27 wieder in ihre Prüfposition geschaltet. Außerdem wird ein logisches Einersignal auf der Leitung 320 an den Rückstelleingang der Deltaverriegelung 318 angelegt und diese wird dadurch zurückgestellt. Die Zyklussteuerschaltung der Fig. 9 wurde somit Initialisiert und ist bereit, einen neuen, mit einer Prüfperiode beginnenden Zyklus zu starten.

Anschließend wird beschrieben, wozu die Überlaufperiode benötigt wird. Die Überlaufperiode wird für die überlaufzahl benötigt, die im Zähler 203 der Fig. 11 auftritt, wenn der Abfühlstift über den modifizierten Punkt des vollen Skalenausschlags in einer bestimmten Sektion hinausgeht. In diesem Überlaufbereich erfolgt die Hochschaltung in die nächst höhere Sektion. Mit dem Überlaufbereich wird eine glatte fehlerfreie Umschaltung zwischen den Sektionen ermöglicht. Bei der Sektioneumschaltung brauchen auch bei schneller Bewegung des Abfühlstiftes nur die Fehler zugelassen zu werden, die aurch die normalen Begrenzungen der Konversionsprüfrate hervorgerufen werden. Ein spezifisches Beispiel YO 971 094 409840/0745

dient der besseren Erklärung. Die Schaltung kann so ausgelegt werden, daß die Umschaltung am Ende des Zyklus erfolgt, wo ein Überlauf von acht oder mehr Einheiten erkannt wird. Die Größe des Überlaufes ist gleich dem Betrag über Null der nächst höheren Sektion. Wenn die Umschaltung in eine Sektion von der darüberliegenden erfolgt, kann der Herunter-Schaltpunkt bei der Zahl 4 oaer darunter liegen. Bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten des Abfühlstiftes können also zwischen den Proben sogar vier Koordinatenpunkte übersprungen werden und es wird immer noch die richtige -Position während des Zyklus bestimmt, in dem umgeschaltet werden muß. Wenn der Abfühlstift in seiner unteren Stellung liegt, läuft das Tableau im Sektionsbetrieb, gekennzeichnet durch ein logisch hohes Signal am Ausgang der Schwellenwertschaltung 210. Zum Beginn der Taktimpulse des Meßzyklus, der den Anfang einer Referenzperiode darstellt, wird der Zähler 203 zurückgestellt und beginnt vorzuschalten, während sich der Integrator 33 nach Null entlädt. Da das UND-Glied 222 jetzt eingeschaltet ist, während das UND-Glied 218 abgeschaltet ist, werden die Taktimpulse vom Taktgeber 11 an die ersten 10 Stufen des Zählers 203 angelegt. Nimmt man an, daß sich der Stift innerhalb der durch die Stellung des Registers 242 bezeichneten Sektion innerhalb des linearen Bereiches dieser Sektion befindet, so erreicht der Zähler 203 eine volle Zahl erst, wenn die Taktimpulse aufhören. In einem spezifischen Beispiel wurde bekanntlich eine Überlaufzahl von acht oder mehr während der Referenzperiode erzeugt oder wenn der Zähler 203 eine Zahl kleiner vier präsentiert, muß die Umschaltung auf die nächst höhere oder niedrigere Sektion erfolgen. Für diese Umschaltung wird die Ausgabe der monostabilen Kippschaltung 224 auf den Einschaltanschluß des Flipflop 228 geleitet. Wenn die ersten drei Stufen des Zählers 203 keine Zahl vier oder höher während der Referenzperiode erreichen können, bleibt das Flipflop 228 am Ende der Taktimpulse eingeschaltet und schaltet dadurch teilweise das UND-Glied 232 ein. Das UND-Glied 232 wird voll eingeschaltet durch die logische 1 auf der Leitung 205. Am Ende der Taktimpulse nimmt also der Ausgang des Inverters die Stellung einer logischen 1 an, und dieses Signal wird dann

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durch das UND-Glied 232 geleitet, um die Befehlseingabe des Registers 242 herabzusetzen, wodurch der Inhalt des Registers um die Zahl Eins heruntergesetzt und dadurch die nächst niedere Sektion bezeichnet wird. Aufgrund der Herabsetzung des Inhaltes des Registers 242 ändert sich die Ausgabe des Decodierers 400 und die Sektionsschalter werden auf die nächst niedere Sektion umgeschaltet. Am Anfang der nächsten Referenzperiode wird der Inhalt' des Registers 242 in die Stufen 11-13 des Zählers 203 geladen.

Wenn sich der Stift mindestens acht Zahlen hinter den modifizierten vollen Skalenausschlagspunkt bewegt hat, muß das Tableau folgendermaßen auf die nächst höhere Sektion hochgeschaltet werden.

Da der Stift den modifizierten Nullpunkt der Skala der erregten Sektion passiert hat, bevor die Taktimpulse enden, haben die ersten zehn Stufen des Zählers 203 eine volle Zahl erreicht und sind herumgelaufen, um wieder mit dem Zählen zu beginnen. Wenn in den Stufen 1-10 eine volle Zahl erreicht ist, wird das Flipflop 246 eingeschaltet und dadurch teilweise auch das UND-Glied 268. Das UND-Glied 268 wird voll eingeschaltet durch die logische 1 auf der Leitung 205, da sich der Stift in seiner unteren Lage befindet. Wenn nach dem Umlauf der Stufen 1-10 die Zahl acht oder eine höhere Zahl erkannt wird, geht die Leitung 250 auf ein logisch hohes Signal, welches durch das UND-Glied 26S gelaufen ist, um die Befehlseingabe des Registers 242 heraufzusetzen, wodurch die Zahl im Register 242 um 1 heraufgesetzt und dadurch die nächst höhere Sektion bezeichnet wird. Die Zustandsänderung im Register 242 wird durch den Decodierer 400 erkannt, der dann die Sektionsschalter 500 auf die nächst höhere Sektion umschaltet.

Die für eine bestimmte Stiftposition während des Sektionsbetriebes erzeugte Positionsbezeichnungszahl soll eine entsprechende Zahl erzeugen, wenn sich das Tableau im Suchbetrieb befindet. Um gültige Werte zu erhalten, muß jede Sektion bekanntlich innerhalb ihres linearen Bereiches betrieben werden. Zu diesem Zweck wurde YO 971 094 409840/0745

die Zeitkonstante des Integrators 33 während des Referenzbetriebes so geändert, daß ein bestimmter experimentell ermittelter δ-Zeitpunkt entwickelt wurde, der eine spezifische Verschiebung darstellt, die als die Strecke zwischen dem tatsächlichen Ursprung der Sektion und dem modifizierten Ursprung oder dem tatsächlichen vollen Skalenausschlagspunkt der Sektion und dem modifizierten vollen Skalenpunkt definiert ist. Diese Verschiebung kann als Prozentsatz der gesamten Sektionslänge angesehen werden, d. h., ein spezifisches δ kann mit 15 % der gesamten Sektionslänge definiert worden sein. Da die Zeitkonstante des Integrators nicht verändert wird, wenn das Tableau im Suchbetrieb arbeitet, wird dieselbe Verschiebung entwickelt. Diese Verschiebung ist jedoch ein Prozentsatz der gesamten Länge des Spannungsteilerelementes und nicht nur der Länge einer Sektion und somit wird durch den Zeitpunkt δ eine wesentlich größere Strecke dargestellt. Während des Suchbetriebes stellt daher die Zahl Null im Zähler 203 nicht den Punkt an dem modifizierten Nullpunkt A ', sondern irgend eine Strecke weiter von A ' zum hohen Ende des Elementes hin dar. Zur Lösung dieses Problemes sind im Sektionsschaltnetz 500 die Widerstände 510 und 512 vorgesehen. Diese Widerstände liefern einen . zusätzlichen Spannungsabfall, der zur Kompensation der größeren Verschiebung notwendig ist, die beim Betrieb des Tableaus im Suchbetrieb gegenüber dem Sektionsbetrieb entwickelt wird.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Positionsbestimmung eines Positionsstiftes auf einem Positionstableau, wobei jeder Koordinatenrichtung des Positionstableaus ein Spannungsteiler zugeordnet und mit einer Klemmenspannung beaufschlagbar ist und ein"Potential durch den eine Position markierenden Positionsstift auskoppelbar ist, dessen Größe zur Koordinatenbestimmung der markierten Position benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler in einzelne benachbarte Sektionen aufgeteilt wird,

daß nur die Sektion der Stiftposition mit der Klemmenspannung beaufschlagt wird,

daß die Koordinate der markierten Position aus der Sektionsnummer und der Lage des Stiftes innerhalb der Sektion bestimmt wird,

wobei sich letztere in an sich bekannter Weise dadurch bestimmen läßt,

daß während einer Prüfperiode ein der Stiftposition entsprechendes Potential mittels des PositionsStiftes ausgekoppelt und einer Integratorschaltung zugeführt wird und innerhalb einer nachfolgenden Referenzperiode die Integratorschaltung in einer Zeit to, welche dem Positionskoordinatenv7ert entspricht, entladen wird und daß

mit Beginn des Entladevorganges ein taktgesteuerter Zähler 13 anläuft, dessen Zählerstand beim" Nulldurchgang des Entladesignales mittels eines Nulldetektors (35) in ein Register ausgeblendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die benachbarten Sektionen des Spannungsteilers zur Vermeidung von Nichlihearitäten einander überlappen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Klemmenanschlüsse A^₀ und A^, einer Sektion nur der Bereich für eine Positionsbestimmung

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— xy —

genutzt wird, in welchem eine lineare Abhängigkeit des auskoppelbaren Positionsstiftpotentiales als Funktion des Ortes besteht.
4.. Verfahren nach Anspruch 3/ dadurch gekennzeichnet, daß sich die Klemmenanschlusse A . und B_x zweier benachbarter

HX JjU

Sektionen um einen Betrag überlappen, der dem doppelten nichtlinearen Bereich am Ende bzw. Anfang einer Sektion entspricht.
5. ' Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

zur Ermittlung des Koordinatenwertes der markierten Position innerhalb einer Sektion der Zähler (13) nur im linearen Teil der Sektion von O bis zu einem maximalen Höchstwert, je nach Höhe der ausgekoppelten Signalamplitude, zählt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Maximalzeit T begrenzte ZählVorgang erst nach einer Zeit S nach der Prüfperiode begonnen wird, wobei die Zeit δ dem nichtlinearen Teil am Anfang bzw. Ende einer Sektion entspricht.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit δ durch Wahl eines am Eingang des Integrators liegenden Widerstandes (26) festgelegt wird, welcher entweder mit dem Referenzpotential oder im Falle der Prüfperiode mit Masse verbunden wird.
8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zyklussteuerung der Prüf- und Referenzperiode ein taktgesteuerter Zähler (300) mit N+l Stufen vorgesehen ist, daß die Prüfzeit T durch die volle Zahl in den N Zählerstufen darstellbar ist,
daß die N Stufen rückstellbar sind,

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daß die ersten η Stufen des Zählers (30O) mit einem Decoder (302) verbunden sind, der bei einem bestimmten, der Zeit 6- entsprechendem Zählerstand ein Signal abgibt, daß die N+l-te Zählerstufe beim Überlauf des Zählers nach der Prüfperiode und der Decoder (302) bei Erreichen der der Zeit δ entsprechenden Zahl ein Signal abgibt, durch das über ein UND-Glied (308) ein Signal erzeugbar ist, welches mit Beginn der Referenzperiode nach der Zeit $ die ersten η Stufen des Zählers (300) zurückstellt, und daß dann der ZählVorgang zur Ermittlung der der Entladungszeit t_Q entsprechenden Zahl einleitbar ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß vom Zähler für die Positionskennzeichnung von einem wählbaren niederen bzw. höheren Zählerstand ein Signal ableitbar ist zur Beaufschlagung eines Sektionsnummernzählers (242) zur Umschaltung in eine nächstniedere bzw. nächsthöhere Sektionsnummer,

daß dieser Sektionsnummernzähler (242) mit einem die Sektionsschalter (500) für die Sektionswahl am Spannungsteiler einstellenden Decodierer (400) verbunden ist, und daß beim Umschalten des Sektionsnummernzählers (242) dessen Inhalt in den Zähler für die Positionskennzeichnung in bestimmte Stufen derart übertragbar ist, so daß durch den Zählerstand des Zählers für die Positionskennzeichnung die absolute Position des markierenden Positionsstiftes darstellbar ist.

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